楊維菊 許錦峰 黃欣鵬 / YANG Weiju, XU Jinfeng, HUANG Xinpeng

江南水鄉(xiāng)低能耗住宅室內(nèi)環(huán)境研究

楊維菊 許錦峰 黃欣鵬 / YANG Weiju, XU Jinfeng, HUANG Xinpeng

本文結合江南水鄉(xiāng)地區(qū)的氣候和地理特征，分析了最近兩年江陰市山泉村新建村鎮(zhèn)低能耗住宅的規(guī)劃布局效果。同時，對村鎮(zhèn)低能耗住宅進行了室內(nèi)環(huán)境測試，結果表明：新建村鎮(zhèn)低能耗住宅保溫性能好、能耗低、室內(nèi)環(huán)境舒適，具有較好的推廣價值和經(jīng)濟實用性的節(jié)能住宅。

江南水鄉(xiāng) 低能耗住宅 氣候適應 室內(nèi)環(huán)境

1 研究目的和存在問題

隨著能源政策的執(zhí)行和綠色建筑標準的實施，我國各地對綠色生態(tài)建筑的研究已經(jīng)由單體建筑轉向綠色生態(tài)區(qū)和可再生能源示范區(qū)。然而通過調(diào)研和現(xiàn)場考察，發(fā)現(xiàn)以往對村鎮(zhèn)住宅的研究多集中在對當?shù)貍鹘y(tǒng)民居的保護和地方文化的傳承等方面，而對于村鎮(zhèn)低能耗住宅及其氣候適應性技術的研究做得較少，處于起步階段。

村鎮(zhèn)低能耗住宅建設是習近平總書記提出的“美麗鄉(xiāng)村建設”的重點，提升村鎮(zhèn)居民居住環(huán)境和生活質(zhì)量，改善農(nóng)村住宅的室內(nèi)熱舒適性，無疑是增進農(nóng)民福祉的一件惠民大事。根據(jù)國家“十二五”和“十三五”的要求，在全面建設小康社會的目標下，本文以在江南水鄉(xiāng)建造低能耗住宅，提高農(nóng)民的居住環(huán)境，并且實現(xiàn)資源和能源的節(jié)約作為村鎮(zhèn)低能耗住宅技術策略研究的重點。

目前村鎮(zhèn)住宅普遍存在一些問題，主要有以下幾個方面（許錦峰等，2013）。

（1）一些地區(qū)總體規(guī)劃缺位或未能將規(guī)劃予以落實，導致單體建筑設計不合理，土地浪費現(xiàn)象嚴重。每家每戶各自為政，或多占地盤，導致土地空間利用不充分；或沿交通線散亂建設（圖1）。另外，農(nóng)村住宅大多沒有設計圖紙，只是根據(jù)戶主的意愿和要求來建房，或僅由施工人員簡單畫一個房屋草圖，據(jù)此進行施工。

（2）住宅單體面積大而無當。有些戶主堅持片面的風水原則，認為西邊鄰居的房頂不能高過自家房屋，假如出現(xiàn)此種情況，則一定要加以阻止或進行加蓋，這使得有些地方出現(xiàn)“假三層”，即從外觀上看是3層，實際上只有兩層。住宅面積大而不當、空間利用率低，并造成人力和資源的浪費。

圖1 土地空間利用不充分

圖2 現(xiàn)有住宅圍護結構無節(jié)能措施

圖3 山泉村地理位置

圖4 測試用照度計

圖5 測試用風速溫濕度計

（3）住宅空間布局不合理。村鎮(zhèn)住宅廚房、衛(wèi)生間功能不齊全，活動空間和生活空間沒有完全分離；亂搭亂建輔助用房的現(xiàn)象較為嚴重，使得道路狹窄不通暢；上下水管系統(tǒng)等基礎設施配套不到位。

（4）房屋不節(jié)能、室內(nèi)熱舒適度差。目前，村鎮(zhèn)住宅多為低層磚混結構，以磚為主要墻體材料，屋面、外墻等外圍護結構未采用節(jié)能措施，窗墻比過大（圖2）。具體表現(xiàn)為：圍護結構沒有任何保溫隔熱措施；村民為了省錢選用劣質(zhì)、低價的不節(jié)能門窗，導致建筑的保溫隔熱性能很差。

針對以上情況，本文力圖通過優(yōu)化村鎮(zhèn)住宅的規(guī)劃設計，在為村民提供良好居住環(huán)境的同時，實現(xiàn)建筑功能合理化，滿足生活需求，從而打造節(jié)能、舒適、生態(tài)的村鎮(zhèn)住宅。

2 研究對象與氣候特征

本文通過對江蘇省江陰市周莊鎮(zhèn)山泉村的數(shù)次實地調(diào)研，對當?shù)貧夂蛱卣鬟M行分析。從地形圖可以發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)與華西村相接，具有典型的江南水鄉(xiāng)的地理地貌和氣候特征（圖3），屬于亞熱帶海洋性季風氣候，具有四季分明、氣候溫和、雨量充沛的特點。山泉村屬于典型的夏熱冬冷氣候區(qū)域，根據(jù)江蘇省蘇州市典型氣象設計數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得知，該地區(qū)年均降水量為1 100mm，年均溫度15.7℃，1月份是全年溫度最低的月份，平均溫度2.5℃；7月份是全年溫度最高的月份，平均溫度28℃（中國氣象局氣象信息中心氣象資料室，2005）。

本文以山泉村新區(qū)多層住宅為對象進行了測試分析，對其平面布局、建筑功能分區(qū)、室內(nèi)外熱環(huán)境等情況進行了記錄。同時，針對當?shù)氐慕ㄖ?guī)劃布局、建筑構造特點、生活習俗、傳統(tǒng)文化的傳承和生活用能方式等問題，對幾十戶居民進行了走訪了解和問卷調(diào)查。

3 現(xiàn)場測試分析

3.1 測試過程

本次測試內(nèi)容包括室內(nèi)的風速、照度、濕度、空氣溫度，以及東西向墻體和屋頂?shù)膬?nèi)外壁面溫度。測試儀器使用N962型風速溫濕度計、紅外線測溫儀、testo540型照度計（圖4、5）。

首先選擇一個多層住宅的5樓的套室進行測試（圖6～8）。由于夏季中午12:00到下午的室外溫度最高，在這段時間里測試室內(nèi)溫濕度變化及墻體、屋頂?shù)谋诿鏈囟龋瑫欣谘芯看彐?zhèn)低能耗住宅圍護結構的隔熱性能，所以選擇的測試時間為12:00～14:30。為了研究屋頂內(nèi)外壁面溫度的連續(xù)性變化，分別在中午12:00和下午14:10進行測試。在測量室內(nèi)各參數(shù)的同時，也對室外環(huán)境參數(shù)進行了測量。

測試中，選取套室內(nèi)功能較多、南北通透的區(qū)域為測試對象。此次選取南面陽臺至北面廚房的區(qū)域，在室內(nèi)布置網(wǎng)格點，網(wǎng)格距離為1.0m，測試各節(jié)點處的照度、溫濕度及風速，照度測點的高度為1.2m，溫濕度及風速測點的高度為1.5m，測試均在自然通風條件下進行。另外，測試東西向墻體內(nèi)外壁面溫度、平屋頂?shù)膬?nèi)外壁面溫度、坡屋頂?shù)耐獗诿鏈囟燃捌湎路降膬?nèi)表面溫度（圖9～11）。

圖6 村鎮(zhèn)低能耗住宅多層外立面

圖7 村鎮(zhèn)低能耗住宅陽臺門

圖8 工作人員計算住宅室內(nèi)網(wǎng)格布置

圖9 村鎮(zhèn)低能耗住宅屋面

圖10 村鎮(zhèn)低能耗住宅屋頂透氣窗

圖11 村鎮(zhèn)低能耗住宅坡屋頂內(nèi)部

3.2 測試結果及分析

多層住宅室內(nèi)網(wǎng)格的劃分如圖12所示，測試得到室外環(huán)境、室內(nèi)墻體和屋面內(nèi)壁面溫度（表1～3）。

對12:30～12:55測得的室內(nèi)數(shù)據(jù)分析如下：

（1）從墻體的測試數(shù)據(jù)可以看出，在自然通風條件下，西向墻體內(nèi)壁面測點2的溫度為34.9℃，平屋頂?shù)膬?nèi)壁面在12:00及14:10的溫度分別為34.2～36℃、37.0℃，坡屋頂下方的表面在12:00及14:10的溫度分別為34℃、34.9～35℃。西墻和屋頂內(nèi)壁面的溫度均低于國家標準《民用建筑熱工設計規(guī)范》（GB50176）中要求的37.1℃，且西墻內(nèi)外壁面的溫差約為6.0℃，平屋頂內(nèi)外壁面的溫差達到了24.6～27.1℃。這說明當室外有嚴重烘烤感時，由于墻體和屋頂采取了隔熱措施，減少了室外傳至室內(nèi)的熱量，降低了室內(nèi)溫度，從而減小了室內(nèi)溫度波動，提高了室內(nèi)熱舒適性。

圖12 多層套室中的網(wǎng)格區(qū)域布置

圖13 室內(nèi)不同節(jié)點的照度值

圖14 室內(nèi)不同節(jié)點的風速值

表1 室外環(huán)境參數(shù)

表3 屋頂壁面溫度

（2）通過照度圖可以看出，在各向窗戶均無遮陽的條件下，室內(nèi)最大照度出現(xiàn)在南面靠近陽臺的位置，為6 000Lux，照度值從南面陽臺向室內(nèi)中間逐漸降低，由于北面廚房有窗戶，所以照度值又逐漸增大。最低點出現(xiàn)在距南面約7m的位置，照度值為68Lux，高于《建筑采光設計標準》（GB/T 50033）中要求的室內(nèi)天然光臨界照度50Lux（圖13）。

（3）通過風速分布圖可以看出，在自然通風條件下，從南向北風速逐漸降低，南面陽臺約4m以內(nèi)的節(jié)點，風速都在0.80m/s以上，最大風速出現(xiàn)在東南墻角，風速為1.86m/s，而山泉村夏季室外平均風速為2.80m/s，說明上述數(shù)值滿足室內(nèi)最大風速小于室外平均風速的要求。風速最低點出現(xiàn)在離南面陽臺約8m且靠近西墻的位置，為0.20m/s。從中間位置向北，風速都在0.50m/s左右，從圖中還可以看出，室內(nèi)靠近東墻或西墻位置的風速比中間位置的小，總體上來說，室內(nèi)南北通透結構較為合理，使得自然通風效果較好（圖14）。

（4）從溫度圖上可以看出，在自然通風條件下，北面溫度稍微高于南面，最高溫度為36.8℃，最低溫度為35.6℃，室內(nèi)溫差僅1.2℃，說明室內(nèi)溫度波動較小，溫度分布比較均勻（圖15）；從濕度圖上可以看出，南面濕度稍高于北面，由于南北向靠近窗戶的位置通風效果更好，所以濕度最大點出現(xiàn)在室內(nèi)的中間位置（圖16）。

圖15 室內(nèi)不同節(jié)點的溫度值

圖16 室內(nèi)不同節(jié)點的相對濕度值

圖17 改造前居民住宅室內(nèi)采光照度模擬結果

圖18 改造后低能耗住宅采光照度模擬結果

圖19 改造前居民住宅室內(nèi)風速矢量模擬結果

圖20 改造后低能耗住宅風速矢量模擬結果

4 調(diào)研結果分析

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，在2010年，山泉村本著節(jié)約土地、集約用地的原則，對全村795戶村民的住宅進行了統(tǒng)一規(guī)劃設計：在單體建筑設計上，結合現(xiàn)代農(nóng)村養(yǎng)老潮流，設計了老年公寓和村民活動中心；并且進行了道路硬化、夜間亮化、環(huán)境凈化等改造，使村容村貌煥然一新。

在調(diào)研時，對山泉村改造前后居民住宅的室內(nèi)采光和通風換氣效果進行了比較研究和模擬分析（圖17～20）。改造前居民住宅房間進深大，窗戶小，臥室的采光系數(shù)較低，而改造后的低能耗住宅不僅增大了窗戶的面積，而且使用了氣密性和熱工性能良好的節(jié)能窗，在增加室內(nèi)采光的同時，還能起到保溫的效果。在通風效果方面，改造前居民住宅夏季室內(nèi)的空氣流動狀況不理想，臥室內(nèi)有漩渦，在室外平均風速為2.8m/s的情況下，室內(nèi)最大風速僅為0.6m/s。而新建的低能耗住宅戶型設計合理，室內(nèi)的“穿堂風”效應比較明顯，建筑造型也新穎（圖21）。

同時，在改造前的居民住宅中，由于室內(nèi)通風效果欠佳，室內(nèi)空氣過分潮濕，內(nèi)壁面溫度低于周圍空氣的露點溫度，圍護結構保溫隔熱效果不佳，因此墻壁上會出現(xiàn)結露現(xiàn)象，同時還常常伴隨發(fā)霉、發(fā)黑和長毛的狀況。而新建的低能耗住宅基本杜絕了此類現(xiàn)象的發(fā)生。

山泉村低能耗住宅的采光照度和風速矢量計算機模擬結果證明，建筑的節(jié)能效果明顯，其建設經(jīng)驗值得在廣大的農(nóng)村進行推廣。

圖21 改造前后的山泉村

5 結論

江陰市山泉村結合當?shù)貧夂?，因地制宜地開發(fā)了低能耗新住宅，其寶貴經(jīng)驗包括：采用被動節(jié)能技術，通過優(yōu)化建筑功能布局、進行最佳戶型設計、設置陽光房等多種技術策略，實現(xiàn)了“夏季通風、冬季采暖”的效果，并有效改善了住宅室內(nèi)的光、熱環(huán)境。

通過這些成本低、效果顯著的被動節(jié)能技術的應用，達到了營造氣候適應建筑和節(jié)約能源的目的，更與“美麗鄉(xiāng)村建設”的思想十分契合。

[1] 許錦峰, 湯蘇平, 黃凱, 等. 新農(nóng)村建設中新墻材應用節(jié)能減排研究——以江陰市山泉村新農(nóng)村建設為例[R]. 南京: 江蘇省建筑節(jié)能技術中心, 2013.

[2] 中國氣象局氣象信息中心氣象資料室, 清華大學建筑技術科學系. 中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2005.

2016-10-17

RESEARCH ON INDOOR ENVIRONMENT IN LOW ENERGY CONSUMPTION HOUSE OF WATER TOWNS IN THE SOUTH AREA OF YANGTZE RIVER

According to the features of climate and geography of water towns in the south area of Yangtze River, this paper analyses the city planning new rural residential consumption effect of Shanquan village of Jiangyin in the past two years. At the same time, the paper conducts the rural residential consumption of indoor environmental testing. The results show that the new rural residential energy consumption and good insulation properties, low energy consumption, comfortable indoor environment have good popularization value and economic practicability of residential energy conservation.

Water Towns in the South Area of Yangtze River, Low Energy Consumption House, Climate Adaption, Indoor Environment

國家自然科學基金（編號：51278110）。

楊維菊，東南大學建筑學院

許錦峰，江蘇省建筑科學研究院黃欣鵬，江蘇省建筑科學研究院